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创新教学应用模式,形成人工智能教育青岛模式

来源:

中央电教馆

  多年来,在基础教育领域全面实施人工智能教育,培养新时代的科技创新人才方面,山东省青岛市加快步伐,一直走在全国的前列。2020年,青岛市教育局发布了《青岛市人工智能教育实施意见》(以下简称《意见》),宣布青岛市将全面普及人工智能教育,打造人工智能教育综合赛事活动,培育全国城市级人工智能应用范例。

  就在《意见》发布的前一年,2019年11月,以山东省青岛市教育装备与信息技术中心为牵头单位,成功申报了人工智能教育课程教学及应用实践共同体项目。

建立完善的运转流程

  项目成立以来,在中央电教馆和山东省电教馆的大力支持下,结合青岛“1+4+100N”人工智能教育试点体系中自愿申请加入的崂山、城阳、西海岸、胶州四个区市及百余所实验校,在人工智能教育课程应用模式、优质资源汇集、学生素养评估和赋能教育应用等层面,共同开展研究与探索。为人工智能课程的教师培养、教学资源构建和教学模式的推广提供了参考,为全国其他地区如何开展人工智能教育实施和研究提供了案例素材和实践经验。

  在实施过程中,项目组设立五个工作小组,由领导组、文秘组整体布局,教师组、学生组、技术组协同推进。经过不懈的努力和探究,形成了包括启动、执行、汇报、反馈、辐射的一套完整的运转流程(如图1所示);建立了制度、交流、发展、共享机制,实施师生交流常态化,区域发展多元化,资源共享系统化;汇聚了一批成熟的、可借鉴、可推广的人工智能课程教学典型案例;打造了一支高水平的专业的人工智能骨干教师队伍;梳理了1-3年级基于兴趣的启蒙式教学、4-6年级基于项目式学习的普及教学、7-9年级基于学科整合与社团课程的项目实践教学、高中学段基于个性发展的探究式学习等四类教学应用模式,以及基于教育教学和教学管理两个层面的赋能应用模式;创建了包括教学教案、导学案、教学课件、教学视频、知识图谱等内容的人工智能教育基础资源库;编制了《人工智能教育评估方案》,对学生人工智能的理解与应用进行综合评估。

图1 共同体运行机制详细流程.jpg

图1 共同体运行机制详细流程

加强启蒙教学,激发学生兴趣

  小学低年级(1-3年级)学生对人工智能充满新鲜感和好奇心,由于自身年龄较小、有关人工智能的知识储备较少,因此,课堂上采取播放人工智能启蒙视频与游戏体验活动相结合的方式,对其开展基于兴趣的启蒙式教学模式。

  2020年的一天,在平度市田庄镇张舍小学三年级的人工智能课堂上,老师播放了一段《程小奔漂流记》启蒙视频。程小奔这辆可以通过程序设计跑起来的智能小车,竟然让该校学生盛文熙大开眼界、兴趣满满。

  “那节课真是太有趣了,从那以后,我就开始主动学习与程小奔相关的编程知识。当受到防溺水安全教育课的启发时,我研发了‘人脸识别防溺水警告系统’;在疫情期间,社区管控严格,我通过思考又设计出了‘社区智能人脸识别系统’。”

  盛文熙表示,她虽然是一个农村娃,但她是幸运的,通过接触人工智能,激发了自己对人工智能的好奇心,燃起了发明创新的梦想。希望通过自己的努力,乘着人工智能教育的春风,早日实现当发明家的梦想。

图为盛文熙(中)正在与同学进行人工智能学科的知识探究.jpg

图为盛文熙(中)正在与同学进行人工智能学科的知识探究

基于项目式学习,推动全面教学

  基于项目式学习的普及教学适用于小学高年级(4-6年级)、初中和高中已经具备较好自主学习能力的学生。这群学生有了初步的人工智能意识,在动手实践等方面的能力也得到较大程度上的发展,可以通过设计与真实情境密切联系的学习任务,在解决问题、完成任务的过程中达成对人工智能应用性知识的理解与掌握。

  作为共同体成员单位,青岛市崂山区、城阳区、西海岸新区和胶州市已经全面完成人工智能课程的普及工作。其中,崂山区通过区域辐射周边的方式统筹普及了人工智能实验室,并组织教师开展种子教师轮训制度,开展集体备课及农村学校教育帮扶工作,成为全国率先在义务教育全学段普及人工智能课程的县市区。

  在青岛崂山第二实验小学,“四时田园”太空种植基地深受学生喜爱。这是一个高科技菜园,学校将物联网技术融入菜园中,打造出了现代物联网农业种植雏形。遍布于菜园各个区域的各种传感器,实现了对菜园的信息采集、实时监测。田园与互联网相连接,进行信息交换和通讯,可以智能化识别、监控和管理菜园。通过后台数据平台,分析植物的各项数据指标,用大数据分析支撑种植实践活动。

  该校校长林先锋表示:“在小学开展人工智能教育不是抓眼球、追时髦,作为一名小学校长,我需要学会用全新的思维方式,将教育与新技术融合,帮助孩子掌握打开时代窗户的能力,跟上时代的脚步。”

组建学习社团,引领个性发展

  共同体项目组在教学模式的探索中,注重实践育人,努力培养担当民族复兴大任的时代新人。针对初、高中学生在问题解决能力、抽象思维能力等方面有显著提升,遴选有浓厚兴趣和强烈探究欲的学生,组建学习社团,开展难度等级更高的编程教学及设计人工智能教育应用,引导学生主动钻研某些特定的人工智能领域,为构建人工智能社会人才支撑体系奠定坚实基础。

  在实践中,共同体成员学校不断开展尝试和探索,通过完善课程体系、升级教学内容、合理规划课时来提高课程实践效果。项目组共同研究开发了《人工智能应用实战》《机械臂学习》《三维设计》等应用和兴趣课程,从生活中选取各行典型人工智能应用场景,包括智能药剂师、智慧果园、智能快递分拣系统、智能停车场等项目,培养学生计算思维、问题解决能力、动手实践能力、创新应用能力等素养。

图为青岛二中学生正在人工智能实验室开展培优学习.jpg

图为青岛二中学生正在人工智能实验室开展培优学习

拓展应用场景,点亮智慧校园

  在推动人工智能教育发展的进程中,共同体项目组积极探索,不断拓展应用场景。运用人工智能、物联网、云计算、大数据分析等技术,研究“智慧互联、数据可见、智能决策、聚焦教学”的中小学智慧校园建设和应用新生态。对学生轨迹采集、排课走班、课堂教学、校内活动、营养均衡、考勤归宿、消费行为等大数据进行分析后,可对学生学习和日常生活进行适时预警、精准化分析和个性化指导,让校园实现从数字化向智能化的初步跨越。

  崂山区运用生物识别技术,将人脸识别技术与校园数据系统相结合,研究推出了人脸识别考勤机,应用于课后托管的考勤(如图2所示),避免大量的纸质考勤表的同时减少了教师工作量,也让学生课后托管的安全性得以提高。

  “通过家长手机端,我能实时查看孩子的考勤信息,了解孩子的托管情况,这样精细化管理的课后托管,让我对孩子的安全很放心。”一名家长如是说。

图2 崂山区课后托管考勤系统.jpg

图2 崂山区课后托管考勤系统

  “‘智能教练’的引入可以科学精准地提高校园足球的训练效果,教师可以合理安排训练计划,进行有效的伤病保护,并针对球员的薄弱项进行专项训练,还可以根据数据的动态变化及时了解学生的成长情况,便于安排球员位置及比赛阵容。”城阳区第二实验中学体育教研组长毛其帅高兴地说道。据了解,城阳区第二实验中学以校园足球为主打品牌引领学校特色发展,共同体项目组运用可穿戴设备,研究出“定位球数据分析系统”(如图3所示),赋能校园足球的发展,实现了“人工智能+校园足球”的创新应用。

图3 城阳区第二实验中学定位球数据分析系统.jpg

图3 城阳区第二实验中学定位球数据分析系统

  共同体项目全面提升了成员学校学生对人工智能技术的感知与应用能力,学习用人工智能认识世界、理解世界和解决问题的方式和方法,帮助学生形成一定的技术思维,辩证地审视人工智能技术,进而全面提升全体学生的人工智能素养。未来,还将加强全国范围内的经验交流与共享,梳理成功经验做法,形成人工智能教育青岛模式。

  相关链接:

  为深化信息技术与教育教学深度融合,聚焦人才培养模式改革,积极推进“互联网+教育”发展,在教育部科学技术与信息化司领导下,中央电化教育馆组织实施了教育信息化教学应用实践共同体项目。

  2019年度项目聚焦网络学习空间、在线开放课程、跨学科学习(STEAM教育)和智能教育四类信息化教学应用模式的应用、总结和提炼,形成了一批成熟度高、可借鉴、可推广的,以实践共同体为组织形式的信息化教学应用新模式。

  由山东省青岛市教育装备与信息技术中心牵头的“人工智能教育课程教学及应用研究实践共同体”项目属于智能教育信息化教学模式的共同体项目。

  责编:项阳



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